NL8702490A - Weergeefinrichting met laterale schottky-dioden. - Google Patents

Description

PHN 12.298 1 Jj N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Weergeefinrichting met laterale Schottky-dioden. 'iS

De uitvinding heeft betrekking op een weergeefinrichting bevattende een elektro-optisch weergeefmedium tussen twee steunplaten, een stelsel van in rijen en kolommen gerangschikte beeldelementen, waarbij elk beeldelement wordt gevormd door twee op de naar elkaar 5 toegekeerde oppervlakken van de steunplaten aangebrachte beeldelektroden, een stelsel van rij- en kolomelektroden voor het aansturen van de beelelementen, waarbij de rijelektroden op de ene steunplaat en de kolomelektroden op de andere steunplaat zijn aangebracht, en een stelsel van schakelelementen, waarbij zich tussen 10 een rij- en een kolomelektrode in serie met elk beeldelement een schakeleenheid met tenminste een Schottky-diode als schakelelement bevindt. '

Hierbij wordt opgemerkt dat in deze aanvrage de begrippen rij- en kolomelektroden verwisseld mogen worden, zodat waar sprake is 15 van een rijelektrode ook een kolomelektrode kan worden bedoeld onder gelijktijdige verwisseling van kolomelektrode in rijelektrode.

Een dergelijke weergeefinrichting is geschikt voor het weergeven van alpha-numerieke en video-informatie met behulp van passieve elektro-optische weergeefmedia zoals vloeibare kristallen, 20 elektro-phoretische suspensies en elektro-chrome materialen.

De bekende passieve elektro-optische weergeefmedia bezitten in het algemeen een onvoldoend steile overgangskarakteristiek ten opzichte van aangelegde spanning en/of bezitten een onvoldoend intrinsiek geheugen. Deze eigenschappen veroorzaken bij gemultiplexte 25 matrixweergeefinrichtingen dat het aantal aan te sturen lijnen gering is. Door het gebrek aan geheugen moet de aan een geselecteerde rijelektrode via de kolomelektroden aangeboden informatie steeds opnieuw worden ingeschreven. Bovendien staan de op de kolomelektroden aangeboden spanningen niet alleen over de beeldelementen van een aangestuurde 30 rijelektrode maar ook over de beeldelektroden van alle andere rijen.

Hierdoor ondervinden beeldelementen gedurende de tijd, dat deze niet zijn aangestuurd een effektieve spanning, die voldoende kan zijn om een 870149 0 * Η ΡΗΝ 12.298 2 beelelement in de aantoestand te brengen. Voorts neemt bij een toenemend aantal rijelektroden de verhouding van de effektieve spanning, die een beeldelement in de aan- respektievelijk uittoestand ondervindt, af. Door het gebrek aan een voldoend steile overgangskarakteristiek neemt 5 daardoor het contrast tussen beeldelementen in de aan- en uittoestand af.

Het is bekend, dat het aantal aan te sturen rijen kan worden vergroot door per beeldelement een extra schakelaar aan te brengen. Deze schakelaar zorgt voor een voldoende drempel ten opzichte van de aangelegde spanning en zorgt ervoor dat de aan een aangestuurde 10 rijelektrode aangeboden informatie over een beelelement blijft staan gedurende de tijd, dat de overige rijelektroden worden aangestuurd. De schakelaar voorkomt tevens dat een beelelement een effektieve spanning ondervindt gedurende de tijd, dat dit niet wordt aangestuurd.

Een weergeefinrichting van de in de aanhef genoemde soort 15 is beschreven in het Britse octrooigeschrift GB 2,129,183 A. Daarin worden Schottkydioden als schakelaars gebruikt; deze vertonen diverse voordelen ten opzichte van halfgeleider pn-dioden zoals hogere stroomdichtheid, snellere schakeltijden en geringere overspraak, hetgeen resulteert in een hoge resolutie van de weergeefinrichting. De daar 20 getoonde Schottky-dioden bezitten een verticale structuur bestaande uit een laag amorf silicium tussen twee metaallagen die respectievelijk een Schottkycontact (anode) en een ohms contact (cathode) vormen met de siliciumlaag, die ten behoeve van het ohms contact aan een zijde een hogere dotering krijgt.

25 Een bezwaar van een dergelijke Schottky-diode bestaat hierin dat de laag amorf silicium een hoge soortelijke weerstand bezit. Deze weerstand kan niet worden verlaagd door middel van dotering van het halfgeleidermateriaal omdat het cathode-contact dan niet langer als Schottky-contact fungeert. Bovendien wordt een tweede bezwaar in het 30 geheel niet opgeheven; in de laag amorf silicium bevinden zich doorgaans namelijk zogenaamde "pin-holes" die bij aanbrengen van een metaal kunnen Worden opgevuld en zo kortsluitingen tussen cathode en anode veroorzaken. Dit risico wordt aanzienlijk groter indien men om de weerstand tussen cathode en anode te verlagen de halfgeleiderlaag dunner 35 maakt.

Verdere nadelen bestaan hierin dat dergelijke dioden een relatief groot oppervlak beslaan in verband met uitrichttoleranties.

87 0 2 4 9 0 i.

v PHN 12.298 3

Daardoor bezitten zij een hoge capaciteit hetgeen de overspraak aanzienlijk vergroot. Ook treden vaak langs de rand lekstromen op, hetgeen een extra passiveringsstap noodzakelijk maakt.

De uitvinding stel zich ten doel de bovengenoemde 5 bezwaren grotendeels op te heffen door een andere structuur van de

Schottky-diode te verschaffen, die bovendien eenvoudiger te vervaardigen is.

Zij berust op het inzicht dat de invloed van eventuele "pin-holes" practisch verwaarloosbaar is indien deze practisch loodrecht 10 op de stroomrichting staan.

Een weergeefinrichting volgens de uitvinding heeft dan ook het kenmerk, dat de Schottky-diode een laterale diode vormt. Bij voorkeur is deze Schottky-diode in een enkele laag halfgeleidermateriaal gerealiseerd.

15 In een dergelijke structuur kunnen de genoemde kortsluitingen tussen anode- en cathodecontact ten gevolgen van het opvullen van "pin-holes" niet langer optreden. Bovendien kunnen nu veel kleinere Schottkydioden vervaardigd worden, zodat de invloed van de diodecapaciteit en dus de overspraak geringer is. De afstand tussen 20 anode en cathode kan bijvoorbeeld kleiner dan 1 pm worden gekozen. Ook kan de laagdikte van het halfgeleidermateriaal zeer klein (bijvoorbeeld kleiner dan 1 pm) gekozen worden, hetgeen met name gunstig is voor weergeefinrichtingen met een geringe dikte van de vloeibaar kristal-laag.

De aldus verkregen dioden kunnen in diverse soorten 25 schakeleenheden worden toegepast zoals bijvoorbeeld een schakeling van twee dioden, die een zogenaamde diode-ring vormen. .

Een werkwijze voor het vervaardigen van een weergeefinrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat op een eerste steunplaat beeldelektroden en halfgeleidergebieden langs 30 fotolithografische weg worden aangebracht, dat vervolgens langs fotolithografische weg een metaal wordt aangebracht dat met het halfgeleidermateriaal een Schottky-overgang vormt en de halfgeleidergebieden althans plaatselijk bedekt, dat het metaal tenminste ter plaatse van een te vormen laterale Schottky-diode van een 35 isolatielaag wordt voorzien, waarna met het aldus geïsoleerde metaal als masker het halfgeleidermateriaal van een elektrisch geleidend contact wordt voorzien. Ten behoeve van het geleidend contact kan het 8702490 ** ΡΗΝ 12.298 4 halfgeleiderlichaam, bijvoorbeeld door middel van ionenimplantatie, met verontreinigingen worden gedoteerd.

De uitvinding zal thans bij wijze van voorbeeld nader worden toegelicht aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden en de 5 tekening, waarin

Figuur 1 schematisch een bovenaanzicht toont van een deel van een weergeefinrichting volgens de uitvinding;

Figuur 2 schematisch een dwarsdoorsnede toont langs de lijn II-II in figuur 1 10 Figuur 3 schematisch enkele vervaardigingstappen toont voor het vervaardigen van een inrichting zoals getoond in figuur 1 Figuur 4 het bijbehorende vervangingsschema voor één beeldelement toont

Figuur 5 schematisch in bovenaanzicht een andere 15 weergeefinrichting volgens de uitvinding toont

Figuur 6 schematisch in aanzicht enkele stappen toont voor de vervaardiging van deze inrichting, terwijl

Figuur 7 hiervan een vervangingsschema toont, en Figuur 8 van enkele andere varianten vervangingsschema's 20 toont.

De figuren zijn schematisch en niet op schaal getekend. Overeenkomstige elementen zijn in de regel met dezelfde verwijzingscijfers aangegeven.

De figuren 1 en 2 tonen in bovenaanzicht respectievelijk 25 in dwarsdoorsnede een deel van een weergeefinrichting 1, die is voorzien van twee steunplaten 2 en 3, waartussen zich een vloeibaar kristal 4 bevindt. De binnenoppervlakken van de steunplaten 2 en 3 zijn in dit voorbeeld voorzien van elektrisch en chemisch isolerende lagen 5. Op de steunplaten 2 en 3 zijn een groot aantal in rijen en kolommen 30 gerangschikte beeldelektroden 6 respectievelijk beeldelektroden 7 aangebracht. De tegenover elkaar gelegen beeldelektroden 6 en 7 vormen de beeldelementen van de weergeefinrichting. Op voordelige wijze kunnen de beeldeleketroden 7 worden geïntegreerd tot stripvormige rijelektroden 11. Tussen de rijen van beeldelektroden 6 zijn 35 stripvormige kolomelektroden 8 aangebracht. Elke beeldelektrode 6 is met een kolomelektrode 8 verbonden door middel van in figuur 1 schematisch aangegeven schakelelement 9, in dit voorbeeld een Schottky-diode. De \ 8702490 $- PHN 12.298 5 . if schakelelementen 2 voorzien het vloeibare kristal 4 van een voldoend steile overgangskarakteristiek ten opzichte van de aangelegde spanning en voorzien het vloeibare kristal 4 van een geheugen. Op de binnenoppervlakken van de steunplaten 2 en 3 zijn verder vloeibaar 5 kristal oriënterende lagen 10 aangebracht. Zoals bekend kan door het aanleggen van een spanning over de vloeibare kristallaag 4 een andere oriëntatietoestand van de vloeibare kristalmoleku1en en daarmee een optisch andere toestand worden verkregen. De weergeefinrichting kan zowel als een transmissieve als een reflektieve inrichting worden 10 gerealiseerd, en kan bovendien voorzien zijn van kleurfilters.

Volgens de uitvinding bevat het schakelelement in dit voorbeeld een laterale Schottky-diode 12, gevormd uit een laag 13 van halfgeleidermateriaal, in dit voorbeeld een laag amorf silicium met een dikte van ca. 0,5 pm. Ten behoeve van de Schottky-overgang is dit 15 amorf silicium laag ongedoteerd hetgeen in de praktijk neerkomt op een lichte n-type dotering (< 1018 atomen/cm3). De kolomelektrode 8 is uitgevoerd in tantaal of een ander metaal dat met het amorf silicium een Schottky-overgang vormt zoals bijvoorbeeld molybdeen of chroom.

Ten behoeve van het cathode-contact bevat de laag amorf 20 silicium een n+-gebied 14 (contactzóne) met een hoge verontreinigingsconcentratie (ca. 102^ ato®eïl/Cffi3). Hier is een geleidend contact gerealiseerd via een laag 15 van bijvoorbeeld molybdeen of een ander geschikt metaal, die de diode met de beeldelektrode 6 verbindt.

25 Het Schottkymetaal is aan zijn oppervlak voorzien van een dunne laag 16 van isolerend materiaal, in dit geval tantaaloxyde dat langs het oppervlak van de halfgeleiderlaag 13 de afstand bepaalt tussen het Schottkycontact en de contactzóne 14, met andere woorden tussen anode en cathode van de Schottky-diode 12. Deze afstand bedraagt ca. 0,5 30 pm.

Het voordeel van een dergelijke constructie is dat de stroomrichting nu plaatsvindt practisch loodrecht op de lengteas van eventuele “pinholesBovendien zijn kleinere diodes mogelijk zodat de capaciteitseffecten geringer zijn en dus hogere snelheden kunnen 35 worden bereikt.

Doordat anode- en cathodecontacten niet langer boven elkaar liggen kan ook geen kortsluiting ontstaan door het eventueel 8702490 ΡΗΝ 12.298 6 * opvallen van "pinholes". Ook de bovengenoemde passiveringsstap is niet langer nodig. Bovendien blijkt ook de vervaardiging voordelig aangezien geen critische maskerstappen aanwezig zijn.

De vervaardiging zal nu worden beschreven aan de hand van 5 Figuur 3.

Een steunplaat 2 wordt bedekt met een laag elektrodenmateriaal, bijvoorbeeld (doorzichtig) indium-tinoxyde, dat vervolgens langs fotolithografisch etsen in patroon wordt gebracht, zodat elektroden 6 worden gevormd. Op soortgelijke wijze worden op de 10 steunplaat 2 halfgeleidergebieden 13 gerealiseerd (figuur 3a) van bijvoorbeeld amorf silicium.

Vervolgens wordt tantaal of een ander geschikt materiaal neergeslagen en langs fotolithografische weg in patroon gebracht.

Hierbij worden kolomelektroden 8 gevormd die de halfgeleiderlichamen 13 15 gedeeltelijk bedekken en ter plaatse Schottky-contacten vormen. Deze elektroden 8 worden vervolgens voorzien van een laag isolerend materiaal 16; in het onderhavige voorbeeld worden de elektroden 8 door anodisatie voorzien van een laagje tantaaloxyde met een dikte van ca. 0,5 pm (figuur 3b). Het anodiseren vindt plaats in bijvoorbeeld een bad met 20 citroenzuur, waarbij de elektroden 8 onder spanning worden gezet.

Hiertoe kunnen deze tijdelijk bijvoorbeeld aan hun uiteinden onderling zijn doorverbonden.

De niet door tantaal of tantaaloxyde bedekte delen van de halfgeleiderlichamen 13 ondergaan vervolgens een ionenimplantatie, in 25 figuur 3c aangegeven met pijlen 17, bijvoorbeeld met fosforionen met een energie van 30 keV en een implantatiedosis van TO1** atomen/cm2, waarna een uitgloeistap volgt bij ca. 200°C. Hierbij onstaan de contactgebieden 14.

In een volgende stap worden de elektroden 6 en de 30 Schottky-dioden onderling verbonden. Hiertoe wordt de inrichting bedekt met een of meer lagen geleidend materiaal, bijvoorbeeld molybdeen en/of aluminium, waaruit vervolgens langs fotolithografisch etsen de metaalsporen 15 worden gevormd.

Hiermee is de inrichting volgens figuur 3d verkregen.

35 De beeldweergeefinrichting wordt voltooid door op gebruikelijke wijze een tweede steunplaat 3 voorzien vankolomelektroden 7, 11 tegenover de steunplaat 2 aan te brengen en langs de rand van de 670249 0

S

i PHN 12.298 7 inrichting een afdichting aan te brengen, waarna de inrichting via een vulopening in de afdichting wordt gevuld roet vloeibaar kristal materiaal 7.

Het elektrisch equivalent van een enkel beeldelement en 5 bijbehorend schakelelement 9 dat hier uit één Schottkydiode 12 bestaat is weergegeven in figuur 4.

De vervaardiging van de schakeleenheden 9a, 9b in de deelinrichting volgens de figuren 5 en 6 geschiedt op praktisch analoge wijze. Omdat daarbij in de uiteindelijk configuratie de tantaallaag 18 10 niet via een kolomelektrode toegankelijk is, wordt ten behoeve van de anodisatie tijdelijk een hulpelektrode 18' aangebracht die na anodisatie met een grof hulpmasker wordt verwijderd.

De tweede kolomelektrode 20 kan nu tegelijk met metaalsporen 15 worden aangebracht. De overige verwijzingscijfers hebben 15 dezelfde betekenis als in de figuren 2 en 3.

De aldus verkregen schakeling ten behoeve van weergeefinrichtingen, waarvan een vervangingsschema wordt wordt getoond in Figuur 7 is beschreven in de Nederlandse octrooiaanvrage no. 8502663 van Aanvraagster. De kolomelektrode 20 kan hierbij ook bijvoorbeeld 20 worden gebruikt voor het aanbieden van een referantiespanning.

Uiteraard is de uitvinding niet beperkt tot de hier getoonde voorbeelden. Zo kunnen ook andere schakeleenheden gerealiseerd worden, zoals bijvoorbeeld dioderingen (figuur 8a) of de schakelingen zoals getoond in figuur 8b. Hierbij zijn te anodiseren metaaldelen niet 25 altijd met een gemeenschappelijke geleider verbonden. Voor de anodisatiestap kan dan weer tijdelijk een hulpelektrode worden aangebracht die na het anodiseren wordt verwijderd.

In sommige gevallen kan deze hulpelektrode deel uitmaken van de uiteindelijke tantaalconfiguratie; in figuur 5 kan dit 30 bijvoorbeeld worden bereikt door de hulpelektrode 18' zo smal te kiezen dat de lichtdoorlatende eigenschappen van de beeldelektroden 6 niet worden beïnvloed.

Ook hoeven de halfgeleiderlichamen 13 niet per sé uit één materiaal te worden vervaardigd, maar kan zich zonodig tussen 35 het substraat en de eigenlijke Schottky-diode een intermediaire laag halfgeleidermateriaal bevinden. Ook in de vervaardigingswijze zijn diverse variaties mogelijk.

87 0149 0

Claims (15)

1. Weergeefinrichting bevattende een elektro-optisch weergeefmedium tussen twee steunplaten, een stelsel van in rijen en kolommen gerangschikte beeldelementen, waarbij elk beeldelement wordt gevormd door twee op de naar elkaar toegekeerde oppervlakken van de 5 steunplaten aangebrachte beeldelektroden, een stelsel van rij- en kolomelektroden voor het aansturen van de beelelementen, waarbij de rijelektroden op de ene steunplaat en de kolomelektroden op de andere steunplaat zijn aangebracht, en een stelsel van schakelelementen, waarbij zich tussen een rij- en kolomelektrode in serie met elk 10 beeldelement een schakeleenheid met tenminste een Schottky-diode als schakelelement bevindt, met het kenmerk, dat de Schottky-diode een laterale diode vormt.

2. Weergeefinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de laterale Schottkydiode in één enkele laag halfgeleider 15 materiaal is gerealiseerd.

3. Weergeefinrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de laag halfgeleidermateriaal een dikte van ten hoogste 1 pm bezit.

4. Weergeefinrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de afstand tussen het cathodecontact en het anodecontact 20 van de Schottky-diode ten hoogste 1 pm bedraagt.

5. Weergeefinrichting volgens één der conclusies 1 tot en met 3, met het kenmerk, dat het beeldelement via een verdere Schottky-diode met een tweede elektrode verbonden is.

6. Weergeefinrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, 25 dat de tweede elektrode een kolomelektrode ten behoeve van het aanbieden van weer te geven informatie is.

7. Weergeeinrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de tweede elektrode dient voorhet aanbieden van een referentiespanning.

8. Weergeefinrichting volgens één der conclusies 1 tot en met 3, met het kenmerk, dat de schakeleenheid tenminste een parallelschakeling bevat van twee Schottky-dioden die in verschillende richtingen zijn voorgenomen.

9. Weergeefinrichting volgens één der conclusies 1 tot 35 en met 8, met het kenmerk, dat het halfgeleidermatriaal amorf silicium is.

10. Weergeefinrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, 8701490 PHN 12.298 9 '3.' · % dat het Schöttkycontact van de Schottky-diode wordt gevormd met behulp van een van de metalen tantaal, aluminium, molybdeen en chroom.

11. Weergeefinrichting volgens één der vorige conclusies, met het kenmerk, dat het elektro-optisch weergeefmedium een vloeibaar 5 kristal, een elektrophoretische suspensie of een elektrochroom materiaal is.

12. Werkwijze voor het vervaardigen van een weergeefinrichting volgens één der conclusies 1 tot en met 13, met het kenmerk, dat op een eerste steunplaat beeldelektroden en vervolgens 10 halfgeleidergebieden langs fotolithografisch weg worden aangebracht, dat vervolgens langs fotolithografische weg een metaal wordt aangebracht dat met het halfgeleidermateriaal een Schottky-overgang vormt en de halfgeleidergebieden althans plaatselijk bedekt, dat het metaal tenminste ter plaatse van een te vormen laterale Schottkydiode van een 15 isolatielaag wordt voorzien, waarna met het aldus geïsoleerde metaal als masker het halfgeleidermateriaal van een elektrisch geleidend contact wordt voorzien.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat het isoleren van het Schottkymetaal plaats vindt door middel van anodiseren.

14. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat ten behoeve van het elektrisch geleidend contact het halfgeleiderlichaam met verontreinigingen wordt gedoteerd.

15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat het halfgeleiderlichaam door middel van ionenimplantatie van 25 verontreinigingen wordt voorzien. 870249 0